αチタン合金

αチタン合金

αチタン合金とは、α相を主成分とするチタン合金のことを指します。チタン（Ti）は、α相とβ相という2つの主要な結晶構造を持っており、温度や化学組成によってその結晶構造が変化します。

• α相：チタンのα相は六方最密充填構造（HCP構造）を持ち、高い強度、硬度、優れた高温特性、耐食性を特徴とします。αチタン合金は、純チタンまたはα相を主成分とするチタン合金を基盤とし、高温環境や過酷な条件下でも優れた性能を発揮します。

• β相：チタンのβ相は体心立方格子（BCC構造）を持ち、塑性に優れる一方で、高温での強度はα相よりも劣ります。

α相に優先的に溶解し、同素異晶転移温度を上昇させ、α相領域を拡大する元素をα安定化元素と呼びます。これには、置換型元素であるアルミニウム（Al）や、間隙元素である酸素（O）、窒素（N）、炭素（C）などが含まれます。

特にアルミニウムは、チタン合金の主要な合金元素であり、強度向上、高温特性の改善、比重の低減に大きく貢献します。

αチタン合金は、α相の安定性を活かしており、高温特性に優れています。室温ではβ型およびα+β型チタン合金に比べて強度が低いですが、500〜600℃の高温環境では、チタン合金の中で最も優れた強度を発揮します。

また、組織の安定性、耐酸化性、優れた溶接性、耐食性、加工性を持ち、常温・超低温・高温で良好な性能を発揮します。しかし、塑性は低く、圧力加工性にはやや劣ります。

近αチタン合金

このタイプのチタン合金は、少量のβ安定化元素を添加することで、室温での安定状態において10%以下のβ相または金属間化合物を含む焼鈍組織を持ちます。代表的な合金には以下のようなものがあります。

• Ti-8Al-1Mo-1V：アメリカで開発された高温用チタン合金ですが、アルミニウム含有量が高いため、高温塩ストレス腐食のリスクがあります。

• Ti-6.5Al-1Mo-1V-2Zr（BT20）：ロシアで開発されたチタン合金で、Ti-8Al-1Mo-1Vに類似していますが、アルミニウム含有量を減らし、ジルコニウム（Zr）を追加することで、耐熱性を維持しつつ、高温塩ストレス腐食耐性を向上させています。

• α+金属間化合物合金（Ti-2.5Cu）：イギリスで開発されたIMI230合金。

αチタン合金の用途

αチタン合金は、化学工業、石油化学、加工産業で広く使用されており、特に耐食性、加工性、高温安定性が重要視される分野で活躍しています。

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